KR20010031728A - 가스발생제 조성물 - Google Patents

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KR20010031728A
KR20010031728A KR1020007004791A KR20007004791A KR20010031728A KR 20010031728 A KR20010031728 A KR 20010031728A KR 1020007004791 A KR1020007004791 A KR 1020007004791A KR 20007004791 A KR20007004791 A KR 20007004791A KR 20010031728 A KR20010031728 A KR 20010031728A
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야마토요
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고지마 아끼로, 오가와 다이스께
다이셀 가가꾸 고교 가부시끼가이샤
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    • C06—EXPLOSIVES; MATCHES
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    • C06D5/06—Generation of pressure gas, e.g. for blasting cartridges, starting cartridges, rockets by reaction of two or more solids
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C06—EXPLOSIVES; MATCHES
    • C06B—EXPLOSIVES OR THERMIC COMPOSITIONS; MANUFACTURE THEREOF; USE OF SINGLE SUBSTANCES AS EXPLOSIVES
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Abstract

연소온도가 낮고, 가스발생효율이 높은 가스발생제 조성물을 얻는다.
연료로서 분자중에 산소원자를 25%이상 함유하는 화합물로부터 선택되는 1종 이상을 함유하고, 더욱더 산화제로서 금속산화물 및 금속복산화물로부터 선택되는 1종이상을 함유하는 가스발생제 조성물.

Description

가스발생제 조성물{GAS-EVOLVING COMPOSITION}
현재, 에어백 시스템에 사용되고 있는 성분으로서, 유독한 아지드화나트륨에 대신하는 화합물이 검토되고 있다. 예를 들면, 일본 특공평 6-57629호 공보에는 테트라졸, 트리아졸의 천이금속착체를 포함하는 가스발생제가, 일본특개평 5-254977호 공보에는 트리아미노구아니딘 질산염을 포함하는 가스발생제가, 일본 특개평 6-239683호 공보에는 카르보히드라지드를 포함하는 가스발생제가, 일본특개평 7-61885호 공보에는 아세트산 셀룰로오스와 과염소산 칼륨 및 질소함유 비금속화합물을 포함하는 가스발생제가, 일본특개평 4-265292호 공보에는 아미노테트라졸과 질산스트론튬을 포함하는 가스발생제가, USP 5,125,684에는 15∼30%의 니트로셀룰로오스 등의 셀룰로오스계 바인더와 에너지 물질을 함유하는 가스발생제가 개시되어 있다.
그러나, 이들 가스발생제의 연소온도는 어느 것이나 매우 높기 때문에, 연소에 의하여 발생한 고온의 가스가 필터나 에어백을 손상시키거나, 에어백의 통기구멍으로부터 분출한 가스가 승객에게 화상을 입히거나 하는 등의 가능성이 있다. 또, 최근 새로운 에어백 시스템으로서 주목되고 있는 팽창성 커튼(커튼 실드에어백)이나 팽창성 시트벨트, 관상 시스템은, 보다 긴 시간동안 백을 팽창시켜둘 필요가 있지만, 고온의 연소가스를 발생하는 가스발생제에서는 가스가 냉각에 의하여 곧 수축해 버려, 충분한 성능을 발휘할 수 없게 되버릴 염려가 있다. 이들 사실로부터 연소온도가 낮은 가스발생제가 요구되고 있다.
연소온도가 낮은 가스발생제로서, 일본 특표평 9-501137호 공보에는, 아미노테트라졸과 산화구리를 포함하는 가스발생제가 개시되어 있다. 그러나, 산화제로서 산화구리를 사용함으로서, 연소온도는 저하되지만, 이 가스발생제는 가스발생효율이 매우 낮고, 다량의 가스발생제를 필요로한다는 점에서 바람직하지 않다.
본 발명은 자동차, 항공기등에 인체보호를 위하여 탑재된 에어백 시스템의 가스발생제로서 알맞는 가스발생제 조성물 및 그것을 사용한 인플레이터 시스템에 관한 것이다.
도 1은 본 발명의 가스발생제 조성물을 적용하는 인플레이터의 일례의 개략단면도이다.
발명의 개시
여기 본 발명에서는, 연소온도를 저하시킴과 동시에, 가스발생효율을 높일 수 있는 가스발생제 조성물을 제공하는 것을 목적으로 한다.
또, 본 발명은, 상기 가스발생제 조성물을 사용하는 인플레이터 시스템을 제공하는 것을 다른 목적으로 한다.
본 발명자는, 분자중에 산소원자를 25% 이상 함유하는 화합물과 금속산화물이나 금속복산화물을 조합함으로서, 연소온도를 저하시킬 수가 있고, 게다가 가스발생효율을 높일 수 있다는 것을 발견하고, 본 발명을 완성하였다.
즉, 본 발명은, 연료로서 분자중에 산소원자를 25% 이상 함유하는 화합물로부터 선택되는 1종이상을 함유하고, 더욱더 산화제로서 금속산화물 및 금속복산화물로부터 선택되는 1종이상을 함유하는 가스발생제 조성물을 제공한다.
또, 본 발명은, 상기 가스발생제 조성물을 사용하는 인플레이터 시스템을 제공한다.
더욱이, 산소원자의 함유비율은, 다음식:(분자중의 O수×16)/화합물의 분자량에 의하여 구해지는 것이다.
본 발명의 가스발생제 조성물은, 분자중에 산소원자를 25%이상 함유하는 화합물과 금속산화물이나 금속복산화물을 조합함으로서, 연소 온도를 저하시킬 수가 있고, 게다가 가스발생효율을 높일 수가 있다. 이로서 연소가스가 에어백을 손상시키거나, 승객에게 화상을 입히거나 할 가능성을 저감할 수 있음과 동시에 인플레이터를 소형화할 수도 있다.
본 발명에서 사용하는 연료는, 분자중에 산소원자를 25% 이상, 바람직하게는 27%이상 함유하는 화합물로부터 선택되는 1종이상이다.
이 연료로는, 구아니딘질산염(GN)(산소원자 함량 39.3%), 아미노구아니딘질산염(AGN)(산소원자 함량 35.0%), 디아미노구아니딘질산염(DAGN)(산소원자 함량 31.6%), 트리아미노구아니딘질산염(TAGN)(산소원자 함량 28.7%), 니트로아미노구아니딘질산염(NAGN)(산소원자 함량 44.0%), 니트로구아니딘(NQ)(산소원자 함량 30.7%), 디니트로아멜린(DNAM)(산소원자 함량 36.8%), 트리메틸렌트리니트로아민(RDX)(산소원자 함량 43.2%), 테트라메틸렌테트라니트로아민(HMX)(산소원자 함량 43.2%), 에틸렌디니트라민(EDNA)(산소원자 함량 42.6%), 에틸렌디아민2질산염(산소원자 함량 51.6%), 옥살릴히드라지드(산소원자 함량 27.1%), 5-니트로바르비투르산(산소원자 함량 46.2%), 옥살산히드라지늄(산소원자 함량 52.4%), 디아미노트리아졸질산염(산소원자 함량 42.6%), 구아닐우레아질산염(산소원자 함량 38.5%), 5-니트로-1,2,4-트리아졸-3-온(NTO)(산소원자 함량 36.9%) 등에서 선택되는 1종 이상을 들 수 있다.
가스발생제 조성물중에서 연료의 함유량은, 산화제, 결합제, 연소조정제의 종류 및 산소밸런스에 따라 다르지만, 바람직하게는 20∼70중량%, 더욱더 바람직하게는 25∼60중량%이다.
본 발명에서 사용하는 산화제는, 금속산화물 및 금속복산화물로부터 선택되는 1종 이상이다.
금속산화물 및 금속복산화물로서는, 구리, 코발트, 철, 망간, 니켈, 아연, 몰리브덴 및 비스무트의 산화물 또는 복산화물을 들 수 있다. 이와같은 금속산화물 및 금속복산화물로서는, 예를 들면, CuO, Cu2O, Co2O3, CoO, Co3O4, Fe2O3, FeO, Fe3O4, MnO2, Mn2O3, Mn3O4, NiO, ZnO, MoO3, CoMoO4, Bi2MoO6또는 Bi2O3를 들 수가 있다.
가스발생제 조성물중에서 산화제의 함유량은, 바람직하게는 30∼80중량%이고, 더욱더 바람직하게는 40∼75중량%이다.
본 발명의 가스발생제 조성물은, 더욱더 결합제를 배합할 수가 있다. 이 결합제로서는, 카르복시메틸셀룰로오스의 나트륨염, 히드록시에틸셀룰로오스, 히드록시프로필셀룰로오스, 아세트산셀룰로오스, 녹말, 폴리비닐알코올, 미세결정성셀룰로오스, 폴리아크릴아미드, 구아검, 이황화몰리브덴, 산성백토, 탈크, 벤토나이트, 규조토, 카올린, 스테아르산칼슘, 실리카, 알루미나, 규산나트륨, 질화규소, 탄화규소, 히드로탈사이트 또는 그것들의 혼합물 등을 들 수 있다.
가스발생제 조성물중에서 결합제의 함유량은, 바람직하게는 0.1∼15중량%이고, 더욱더 바람직하게는 0.5∼12중량%이다.
본 발명의 가스발생제 조성물은, 더욱더 연소조정제를 배합할 수가 있다. 이 연소조정제로서는 암모늄, 알칼리금속 및 알칼리 토류금속으로부터 선택되는 양이온과, 질산, 아질산, 염소산 또는 과염소산으로부터 선택되는 수소를 포함하지 않는 음이온으로 이루어지는 염 또는 이들의 혼합물 등을 들 수 있다.
이와같은 연소조정제로서는, 예를 들면, 질산암모늄, 질산나트륨, 질산칼륨, 질산마그네슘, 질산스트론튬 등의 질산의 암모늄염, 알칼리금속염 또는 알칼리토류금속염; 아질산암모늄, 아질산나트륨, 아질산칼륨, 아질산마그네슘, 아질산스트론튬 등의 아질산의 암모늄염, 알칼리금속염 또는 알칼리토류금속염; 염소산암모늄, 염소산나트륨, 염소산칼륨, 염소산마그네슘, 염소산바륨 등의 염소산의 암모늄염, 알칼리금속염 또는 알칼리토류금속염; 과염소산암모늄, 과염소산나트륨, 과염소산칼륨, 과염소산마그네슘, 과염소산바륨 등의 과염소산의 암모늄염, 알칼리금속염 또는 알칼리토류 금속염을 들 수 있다.
가스발생제 조성물중에서 연소조정제의 함유량은, 바람직하게는 1∼20중량%이고, 더욱더 바람직하게는 2∼15중량%이다.
본 발명의 가스발생제 조성물은 연료, 산화제, 결합제, 연소 조정제를 분말상으로 혼합하는 건식법 또는 물이나 유기용제 등의 존재하에 혼합하는 습식법에 의하여 제조될 수가 있다.
또, 본 발명의 가스발생제 조성물은, 소망의 형상으로 성형할 수도 있다. 예를 들면, 타정기를 사용하여 압축성형하여 펠릿으로 하거나, 디스크 성형기를 사용하여 압축성형하여 디스크로 하거나, 펠릿이나 디스크를 분쇄하든가 또는 과립화기를 사용하여 과립으로 하거나, 압신기(압출 성형기)를 사용하여 압출 성형하여 압출펠릿(무공, 단공, 다공)으로 하거나 할 수 있다.
이들의 성형방법은, 가스발생제 조성물의 성형품에 대하여 부여하려고 하는 성질등에 따라 적당히 선택할 수가 있다. 예를 들면, 압축 성형법은, 본래 성형에 결합제를 필요로 하지않거나 또는 소량 만으로 충분하므로, 본 발명의 가스발생제 조성물의 성형법으로도 적합하다. 또, 압출성형법을 적용한 경우, 웨브가 얇은 것을 성형하는 것은 압축성형법보다도 용이하므로, 연소속도가 느린 조성으로도 성형품을 얻을 수가 있다. 더욱더, 압출성형법은 성형이 비교적 단시간으로 끝나므로 대량생산에 적합하다. 또, 연소속도가 빠른 조성의 경우는 성형품의 사이즈를 크게 할 수 있기 때문에 보다 제조효율을 올릴 수 있다. 그 밖에, 압출성형법을 적용한 경우에는, 무공, 단공, 다공 등의 복잡한 형상의 성형품을 제조할 수 있기 때문에, 여러가지 연소특성을 부여할 수가 있다.
본 발명의 가스발생제 조성물은, 발사약, 로켓 추진약과 같은 가스발생능을 필요로 하는 어떠한 장치에도 사용할 수 있지만, 특히 자동차, 항공기 등에 탑재되는 인체보호를 위하여 제공되는 에어백의 인플레이터 시스템용으로서 적합하다. 에어백용 인플레이터의 일례를 도 1에 도시하지만, 본 발명의 가스발생제를 적용하는 인플레이터가 도 1에 도시하는 것에 한정되는 것이 아닌것은 물론이다. 인플레이터(10)에 있어서, 12는 점화수단 수용실(엔핸서실), 14는 전화약(傳火藥), 16은 점화기, 18은 가스 출구, 20은 가스 발생제 연소실, 22는 가스발생제 성형체, 30은 냉각제필터, 32는 가스유로간극, 40은 가스배출구이다.
본 발명의 인플레이터 시스템은, 상기한 가스발생제 조성물을 사용하는 것이고, 가스의 공급이 가스발생제만으로부터의 파이로 타입과, 아르곤등의 압축가스와 가스발생제의 양방인 하이브리드타입의 어느 것도 좋다. 또, 본 발명의 인플레이터 시스템은, 뇌관이나 스퀴브의 에너지를 가스발생제에 전하기위한 엔핸서제(또는 부스터)등으로 불리우는 착화제로서, 상기한 가스발생제 조성물을 사용할 수도 있다. 엔핸서제로서 사용하는 경우도, 상기한 바와 같은 분체, 과립, 펠릿, 무공압출펠릿, 단공압축펠릿, 다공압출펠릿 등의 적당한 형상으로 성형한 것을 사용할 수도 있다.
본 발명의 가스발생 방법은, 상기한 가스발생제 조성물을 가스발생기에서 연료로서 연소시키는 것으로, 이 연소에 의하여 발생한 가스를 이용하는 각종 분야에서 적용될수가 있다. 본 발명의 가스발생 방법은, 상기의 가스발생제 조성물을 연료로서 사용함으로서, 연소온도를 저하시킴과 동시에, 가스발생 효율을 높일 수가 있다.
실시예
이하에 실시예 및 비교예를 들어 본 발명을 구체적으로 설명하지만, 본 발명은 이들의 실시예에만 한정되는 것은 아니다.
실시예 1∼19 및 비교예 1∼3
표 1에 실시예로서 구아니딘 질산염(GN), 니트로아멜린(DNAM), 트리아미노구아니딘질산염(TAGN), 트리메틸렌트리니트로아민(RDX), 테트라메틸렌테트라니트로아민(HMX), 에틸렌디니트라민(EDNA), 디아미노구아니딘질산염(DAGN)을 포함하는 가스 발생제의 연소온도 및 이론 발생가스량을, 비교예 1∼3으로서 일본특표평 9-501137, 일본특개평 4-265292, 일본특개평 6-239683에 개시되어 있는 가스발생제의 연소온도 및 이론발생 가스량을 나타내고 있다.
본 발명의 가스발생제 조성물의 연소온도는 비교예 2 및 3 보다 상당히 낮고, 또, 비교예 1 보다는 발생가스량은 많았다.
실시예 20∼24
표 2에 구아니딘 질산염(GN)을 포함하는 가스발생제의 연소속도, 가스발생제 펠릿의 밀도, 압력지수를 나타내고 있다. 연소속도는 70 Kgf/cm2의 압력하에 측정하였다.
실시예 25
구아니딘 질산염(GN)과 산화구리(CuO)로 이루어지는 가스발생제(GN/CuO = 43.4wt%/56.6 wt%)의 내열시험결과를 나타낸다. 내열성 시험은, 조성물을 알루미늄제 용기에 넣은 것을 105℃의 항온조내에서 400시간 방치하고, 시험전후에서 조성물의 중량변화로부터 중량감소율을 구하고, 내열성을 평가하였다. 그 결과, 중량감소율은 -0.06%로 약간이고, 외관상에서도 변화는 볼 수 없었다.
실시예 26∼29
표 3에 GN, NQ, DNAM을 포함하는 가스발생제 조성물의 마찰감도 및 낙추감도시험결과를 표시한다. 마찰감도시험은, BAM식 마찰감도 시험기를 사용하여, 공업화약협회 규격 ES-22에 따라 행하였다. 낙추 감도시험은, 공업화약협회규격 ES-21(1)에 따라, 5kg의 철추를 사용하여 행하였다.
본 발명의 가스발생제 조성물의 마찰감도 및 낙추감도는 낮고, 건조가루의 상태에서 취급하여도 위험성이 낮은 것을 알았다.
실시예 30∼32
표 4에 GN, NQ, 옥살릴 히드라지드를 포함하는 가스발생제 조성물 분체 10g를 상압하에 연소시켜, 관찰한 결과를 표시하였다. 가스발생제 조성물 분체 10g을 유발에 넣고, 니크롬선으로 통전하여 착화시켰다.
본 발명의 가스발생제 조성물의 연소는 비교적 온건하고, 위험성이 낮은 것으로 확인되었고, 게다가 완전히 연소하고, 슬래그성이 높고, 여과하기 쉬운 연소찌꺼기를 형성하였다.
조 성 wt% 연소온도(K) 발생가스량(mol/100g 가스발생제)
실시예1 GN/CuO 50/50 1485 2.5
실시예2 GN/CuO 43.4/56.6 1553 2.1
실시예3 GN/CuO 35/65 1495 1.7
실시예4 GN/CuO 27.7/72.3 1435 1.4
실시예5 GN/CuO/KNO3 47.5/42.7/9.8 1707 2.33
실시예6 GN/CuO/KClO4 48.5/42.5/8.9 1822 2.39
실시예7 GN/NQ/CuO 20.7/20.7/58.7 1804 2.01
실시예8 GN/CuO/Fe2O3 45/30/25 1240 2.14
실시예9 GN/CuO/CMC-Na 28.5/66.5/5 1446 1.74
실시예10 DNAM/CuO 45/55 2168 1.66
실시예11 DNAM/Fe2O3 45/55 1650 1.66
실시예12 DNAM/CuO/Fe2O3 45/25/30 1998 1.66
실시예13 TAGN/CuO 37.5/62.5 2139 2.02
실시예14 TAGN/Fe2O3 40/60 1335 2.08
실시예15 RDX/Fe2O3 40/60 1964 1.62
실시예16 HMX/Fe2O3 40/60 1958 1.62
실시예17 EDNA/Fe2O3 40/60 1650 1.86
실시예18 DAGN/CuO 40/60 2051 2.10
실시예19 DAGN/Fe2O3 40/60 1243 2.10
비교예1 5-아미노테트라졸/CuO 23.4/76.6 1669 1.4
비교예2 5-아미노테트라졸/Sr(NO3)2/SiO2 33.1/58.9/8 2550 2.2
비교예3 카르보히드라지드/KCIO4/CaO 39/61/10 2825 2.7
조 성 wt% 연소속도(mm/초) 밀도(g/cm3) 압력지수
실시예20 GN/CuO 50/50 4.7 2.22 0.25
실시예21 GN/CuO 43.4/56.6 6.1 2.35 0.42
실시예22 GN/CuO 35/65 7.9 2.58 0.48
실시예23 GN/CuO 27.7/72.3 5.6 2.80 0.42
실시예24 옥살릴히드라지드/CuO 22.9/77.1 5.8 2.72 0.59
조 성 wt% 마찰감도(kgf) 낙추감도(cm)
실시예26 GN/CuO 43.4/56.6 ＞36 90∼100
실시예27 NQ/CuO 39.5/60.5 ＞36 ＞100
실시예28 DNAM/CuO 52.2/47.8 25.2∼28.8 30∼40
실시예29 옥살릴히드라지드/CuO 22.9/77.1 32.4∼36.0 ＞100
조 성 wt% 연소시간(초) 연소상태 및 연소찌꺼기의 상태
실시예30 GN/CuO 43.4/56.6 17.09 불꽃은 그다지 보이지 않았다. 조성물은 완전히 연소되었다. 적색 및 흑색의 찌꺼기가 생성되었다.
실시예31 NQ/CuO 39.5/60.5 7.31 황녹색의 불꽃이 보였다. 조성물은 완전히 연소되었다. 적색 및 흑색의 찌꺼기가 생성되었다.
실시예32 옥살릴히드라지드/CuO 22.9/77.1 14.06 불꽃은 보이지 않았다. 조성물은 완전히 연소되었다. 적색 및 흑색의 찌꺼기가 생성되었다.

Claims (8)

  1. 연료로서 분자중에 산소원자를 25%이상 함유하는 화합물로부터 선택되는 1종 이상을 함유하고, 더욱더 산화제로서 금속산화물 및 금속복산화물로부터 선택되는 1종 이상을 함유하는 가스발생제 조성물.
  2. 제 1 항에 있어서, 연료가 구아니딘질산염(GN), 아미노구아니딘질산염(AGN), 디아미노구아니딘질산염(DAGN), 트리아미노구아니딘질산염(TAGN), 니트로아미노구아니딘질산염(NAGN), 니트로구아니딘(NQ), 디니트로아멜린(DNAM), 트리메틸렌트리니트로아민(RDX), 테트라메틸렌테트라니트로아민(HMX), 에틸렌디니트라민(EDNA), 에틸렌디아민2질산염, 옥살릴히드라지드, 5-니트로바르비투르산, 옥살산히드라지늄, 디아미노트리아졸질산염, 구아닐우레아질산염, 5-니트로-1,2,4-트리아졸-3-온(NTO)으로부터 선택되는 1종 이상인 것을 특징으로 하는 가스발생제 조성물.
  3. 제 1 항에 있어서, 금속산화물 및 금속복산화물이 구리, 코발트, 철, 망간, 니켈, 아연, 몰리브덴 및 비스무트의 산화물 또는 복산화물인 것을 특징으로 하는 가스발생제 조성물.
  4. 제 1 항에 있어서, 더욱더 결합제를 0.1∼15중량% 함유하는 것을 특징으로 하는 가스발생제 조성물.
  5. 제 1 항에 있어서, 더욱더 연소조정제를 1∼20중량% 함유하는 것을 특징으로 하는 가스발생제 조성물.
  6. 제 1 항 기재의 가스발생제 조성물을 사용하는 것을 특징으로 하는 인플레이터 시스템.
  7. 연료를 연소시켜, 발생한 가스를 이용하는 가스발생 방법이고, 연료로서 제 1 항 기재의 가스발생제 조성물을 사용하여 연소온도를 저하시킴과 동시에, 가스발생효율을 높이는 가스발생방법.
  8. 제 1 항에 있어서, 분자중에 산소원자를 25% 이상 함유하는 화합물을 20∼70중량% 및 산화제를 80∼30중량% 포함하는 것을 특징으로 하는 가스발생제 조성물.
KR1020007004791A 1998-09-09 1999-09-08 가스발생제 조성물 KR20010031728A (ko)

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